基于故障數(shù)據(jù)分析的重慶地鐵6號線車輛檢修策略優(yōu)化

張 波 張 鑫 蔣 晶

（1.重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院 重慶 402247；2.重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司 重慶 400042）

重慶地鐵6號線于2012年9月開始試運(yùn)行，一期工程由上新街站至禮嘉站，線路總長23.684km。二期工程為茶園南站至上新街站及禮嘉站至五路口站，截至2018年底正線開通運(yùn)營里程達(dá)到63.33千米，國博支線運(yùn)營里程為12.58千米。重慶地鐵6號線采用了標(biāo)準(zhǔn)B型車的鋼輪鋼軌制式車輛，隨著運(yùn)營里程的增加和客流量的增大，運(yùn)營任務(wù)越來越重，對于車輛的檢修水平提出了更高的要求。經(jīng)過幾年的運(yùn)行，重慶地鐵6號線車輛在運(yùn)營和檢修的過程中積累了大量的故障數(shù)據(jù)，結(jié)合這些故障數(shù)據(jù)對車輛的可靠性進(jìn)行分析，從而對其維修策略進(jìn)行優(yōu)化，對于降低維修成本、提高車輛運(yùn)行的可靠性和安全性具有重要意義。

一、重慶地鐵6號線車輛檢修現(xiàn)狀

目前重慶地鐵6號線車輛修程分為列檢、均衡修、架修、大修四級，其中列檢、均衡修為日常維護(hù)檢修，架修、大修為定期檢修。其中均衡修由系統(tǒng)修和專項修兩部分構(gòu)成，系統(tǒng)修共設(shè)置24種修程，是利用列車正常運(yùn)營中的間隙時間即早高峰入庫和晚高峰出庫之間在車輛段內(nèi)的停留時間開展的修程。各項修程周期如下：

表1 重慶地鐵6號線車輛修程

重慶地鐵6號線目前采用的檢修規(guī)程是以定期預(yù)防性檢修為主的檢修策略，結(jié)合車輛制造商提供的車輛維護(hù)手冊，并參照國內(nèi)其他城市地鐵公司的檢修結(jié)合車輛運(yùn)營里程、時間和環(huán)境等因素，確定了車輛的檢修周期和內(nèi)容?，F(xiàn)有的維修策略的制定對以下因素的考慮不足：

1.檢修周期的制定主要依據(jù)的是經(jīng)驗以及其他地鐵公司的檢修制度，缺乏對車輛設(shè)備可靠性的深入研究。當(dāng)設(shè)備的檢修周期短于車輛發(fā)生故障的實際周期時，將產(chǎn)生過量維修，增加了維修費(fèi)用，造成不必要的浪費(fèi)。當(dāng)設(shè)備的維修的周期過長于車輛發(fā)生故障的實際周期時，將使得車輛維修不足，影響車輛運(yùn)行的可靠性和安全性。

2.由于設(shè)備自身特性和在車輛系統(tǒng)中所起的作用不同，不同類型的設(shè)備故障曲線和壽命特征有很大的不同，適用不同的檢修策略。定期維修比較適用故障規(guī)律符合浴盆曲線的機(jī)械設(shè)備，即不易發(fā)生偶發(fā)故障，故障的發(fā)生取決于工作時間的設(shè)備，如轉(zhuǎn)向架、車體、車鉤緩沖裝置等。車輛上很多設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)和故障規(guī)律并不遵循浴盆曲線，其可靠性與時間無關(guān)，只有早期故障期和偶然故障期，沒有耗損故障期，定期維修對這類設(shè)備并不適合，維修效果不佳。

3.不同設(shè)備失效造成的后果不同，有些設(shè)備故障會對安全、正常運(yùn)營造成較嚴(yán)重的影響，有些設(shè)備故障造成的后果對于運(yùn)營造成的影響較小，應(yīng)該采取不同的維修策略。

二、車輛檢修策略

（一）檢修策略分類

目前的車輛檢修策略通?？梢苑譃槿悾菏潞缶S修、預(yù)防性維修和狀態(tài)維修。

事后維修是指在設(shè)備發(fā)生故障后，對其進(jìn)行維修，使其恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)。完全實行事后維修無法保障設(shè)備的可用度和安全性，一旦出現(xiàn)突發(fā)故障很可能會造成較為嚴(yán)重的后果，甚至?xí)霈F(xiàn)人員、環(huán)境的安全事故。

預(yù)防性維修是指在設(shè)備故障發(fā)生前采取預(yù)防維修措施（如提前更換），以減少出現(xiàn)故障損失的可能性。預(yù)防性檢修以車輛運(yùn)行時間或里程作為維修期限，只要車輛達(dá)到了預(yù)先規(guī)定的時間或者走行公里數(shù)，不管設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)如何，都要進(jìn)行規(guī)定的維修工作，這是一種強(qiáng)制性的預(yù)防性維修。在預(yù)防維修的基本思想上，又發(fā)展了多種預(yù)防維修理念，包括定期預(yù)防維修、以可靠性為中心的維修（Reliablility Centered Maintenance，RCM）、基于風(fēng)險的維修（Risk-Based maintenance，RBM）。

狀態(tài)維修又稱視情維修，是按照設(shè)備實際技術(shù)狀況來確定維修的時間和時機(jī)。狀態(tài)檢修策略是基于現(xiàn)代設(shè)備故障診斷的技術(shù)的一種檢修策略，通過應(yīng)用傳感器對車輛設(shè)備進(jìn)行實時的監(jiān)控，能夠直觀地發(fā)現(xiàn)故障從而進(jìn)行維修。

（二）檢修測量優(yōu)化原則

車輛系統(tǒng)中包含有復(fù)雜的機(jī)械部件和電子元件，由于設(shè)備的結(jié)構(gòu)構(gòu)成不同，它們的故障率曲線相差很大，不能簡單地運(yùn)用故障事后修、定期修或者狀態(tài)修來確定維修策略，需要根據(jù)設(shè)備的重要度和不同區(qū)分開。有些設(shè)備依照重要性采取具體維修策略，有些設(shè)備依照時間間隔來確定維護(hù)策略，這樣才能夠在保證車輛系統(tǒng)可靠性和安全性的同時，滿足車輛運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益。

機(jī)械設(shè)備的故障規(guī)律符合浴盆曲線，對設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)之后，故障率都會有所下降，但是機(jī)械設(shè)備的疲勞和磨損等問題加重之后，運(yùn)行狀態(tài)也會隨之變得惡劣。如果能夠根據(jù)設(shè)備故障規(guī)律，在設(shè)備發(fā)生故障前的拐點處，對設(shè)備采取科學(xué)的檢修維護(hù)策略，那么就可以有效地避免維修過度和不足的缺點，使運(yùn)營單位獲得最大效益。

對于電子電氣設(shè)備來說，由于其故障規(guī)律沒有明顯的特點，偶然性的故障較多，根據(jù)實際運(yùn)營情況，對重要度高的電子設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)代設(shè)備診斷技術(shù)，運(yùn)用傳感器等來預(yù)防電子設(shè)備的偶然故障，結(jié)合設(shè)備壽命周期規(guī)律來確定設(shè)備采用科學(xué)的檢修策略。

（三）檢修策略決策方法

對于地鐵車輛進(jìn)行檢修的根本目的是為了保證運(yùn)營的可靠性，降低設(shè)備故障對車輛運(yùn)行的影響。因此選擇維修策略的原則是在保證車輛運(yùn)行的安全性和設(shè)備的可靠性的前提下，盡可能地降低維修成本。重慶地鐵6號線在幾年的運(yùn)行過程中積累了大量的故障數(shù)據(jù)，通過對這些故障數(shù)據(jù)進(jìn)行定量和定性分析，可以確定不同設(shè)備的可靠性特征量以及不同的故障對車輛運(yùn)行造成的影響。通過對故障數(shù)據(jù)的分析，以設(shè)備的故障率類型、故障危害和故障頻率為判斷原則，對車輛系統(tǒng)的檢修策略進(jìn)行優(yōu)化，從而保證車輛運(yùn)行的安全性和設(shè)備可靠性，降低車輛維修費(fèi)用[1，2]。

三、車輛系統(tǒng)劃分和故障統(tǒng)計

地鐵車輛的故障包括正線運(yùn)營過程中發(fā)現(xiàn)的故障和檢修過程中發(fā)現(xiàn)的故障，通過對故障信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，可以得出設(shè)備故障影響、故障分布規(guī)律、故障率等信息，從而為優(yōu)化維修策略提供依據(jù)。由于重慶地鐵一號線前后幾期開通時間跨度較大，不同批次的地鐵車輛選用的設(shè)備有差異，因此選擇投入使用時間較為接近的10列車（06022～06031）對其故障進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計時間為2017年1月到2019年3月。由于故障記錄中劃分的車輛系統(tǒng)較為細(xì)致，不便統(tǒng)計分析，在本文中對部分系統(tǒng)進(jìn)行了合并，最后將故障分為以下幾個系統(tǒng)：車體及內(nèi)裝、轉(zhuǎn)向架、車鉤緩沖裝置、車門、空調(diào)系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電氣牽引系統(tǒng)、電氣輔助系統(tǒng)、受電弓系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、司機(jī)室設(shè)備、其他共14個系統(tǒng)，不同系統(tǒng)故障統(tǒng)計結(jié)果如表2[3]。

表2 重慶地鐵6號線故障統(tǒng)計

運(yùn)用直方圖和餅圖更能直觀顯示各系統(tǒng)故障情況。圖1為各系統(tǒng)故障數(shù)量直方圖，圖2為各系統(tǒng)故障占車輛總故障的比例。

圖1 各系統(tǒng)故障數(shù)量直方圖

圖2 各系統(tǒng)故障所占車輛總故障的比例

從故障統(tǒng)計可以看出，車輛運(yùn)行兩年多的時間里，10列車總的故障數(shù)為1130件，其中乘客信息系統(tǒng)故障達(dá)32.1%，空調(diào)系統(tǒng)故障達(dá)20.3%，為故障數(shù)最多的兩個系統(tǒng)，照明系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的故障數(shù)量也較多，應(yīng)當(dāng)在日常檢修中重點關(guān)注。

在這些故障中，不同的故障對車輛運(yùn)行造成的影響不同，不同的國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，對故障造成的后果（故障失效）進(jìn)行了定義。根據(jù)重慶地鐵的規(guī)定，對于車輛的故障失效后果劃分為清客掉線、換車回庫、終到下線、搶修、臨修、未出庫，對上述1130項故障造成的影響進(jìn)行統(tǒng)計如表3-2所示。

表3 車輛故障失效后果統(tǒng)計

可以看出，車輛故障造成的后果包括臨修、搶修、換車回庫、清客掉線、終到下線。其中臨修、搶修這兩個后果對車輛正常運(yùn)行造成的影響不大，換車回庫、清客掉線、終到下線、未出庫對軌道交通線的正常運(yùn)營造成的影響較為嚴(yán)重。通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，造成換車回庫、清客掉線、終到下線、未出庫的34項故障中，各系統(tǒng)所占故障數(shù)如表4所示。

表4 各系統(tǒng)嚴(yán)重故障數(shù)統(tǒng)計

通過統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向架、車體、受電弓、輔助系統(tǒng)故障對車輛運(yùn)營造成的影響相對較小，牽引系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、制動系統(tǒng)部分故障對車輛運(yùn)行造成較為嚴(yán)重的影響，因此從故障的影響方面考慮，這部分系統(tǒng)的檢修是研究的重點。

四、車輛各系統(tǒng)檢修策略優(yōu)化

根據(jù)車輛各系統(tǒng)的故障數(shù)量和故障后果，可以將車輛系統(tǒng)分為A、B、C共3類，其中，A類系統(tǒng)為故障數(shù)量較多、故障后果較為嚴(yán)重的，B類系統(tǒng)為故障數(shù)量較多、但嚴(yán)重后果較少；C類系統(tǒng)為故障數(shù)量較少且沒有造成嚴(yán)重后果的。通過對重慶地鐵6號線車輛系統(tǒng)的故障數(shù)量和故障后果進(jìn)行統(tǒng)計和分析，A、B、C類系統(tǒng)如表5。

表5 車輛系統(tǒng)分類

可以看出，出現(xiàn)故障較多且故障后果較為嚴(yán)重的系統(tǒng)包括乘客信息系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)，而空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)雖然故障較多，但故障后果相對較小，轉(zhuǎn)向架、車體、受電弓、輔助系統(tǒng)、貫通道及車鉤系統(tǒng)故障數(shù)量較小且故障嚴(yán)重程度較低，對車輛運(yùn)行產(chǎn)生的影響很小。因此重點需要對乘客信息系統(tǒng)、空氣制動系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)的檢修策略進(jìn)行優(yōu)化[4，5]。

表6 A類故障現(xiàn)象及原因

五、結(jié)束語

本文結(jié)合重慶地鐵車輛1號線車輛運(yùn)營過程中的所出現(xiàn)的故障問題，對車輛各系統(tǒng)的故障數(shù)量、故障影響進(jìn)行了分析，找出了對車輛運(yùn)行影響較大的系統(tǒng)。并且對其中主要故障現(xiàn)象、故障原因進(jìn)行了統(tǒng)計，最后針對性地提出了檢修改進(jìn)策略。通過對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而確定檢修策略改進(jìn)的方向具有較強(qiáng)的針對性，在一定程度上有針對性的減少地鐵車輛的故障發(fā)生率，提高檢修質(zhì)量。需要說明的是，不同的線路、不同時期的車輛其故障類型、故障數(shù)量也可能存在差異，因此對于故障數(shù)據(jù)的分析應(yīng)該持續(xù)進(jìn)行，并且持續(xù)優(yōu)化檢修策略，優(yōu)化之后的策略是否有效地改善設(shè)備工作的可靠性和車輛運(yùn)行狀況，還需要經(jīng)過現(xiàn)場實踐的檢驗。